专利名称：铁电平板显示器的驱动方法
技术领域：
本发明涉及平板显示器的驱动方法，特别是一种能够实现铁电平板显示器寻址及灰度显示的驱动方法。
背景技术：
铁电薄膜阴极的电子发射现象近年来得到了广泛研究。不同于冷阴极场致电子发射，铁电薄膜阴极是通过薄膜内部的电极化反转把表面的补偿电子排斥出来，在没有引出电压的情况下即可发射出电子，是一种新型的低电压电子发射材料。为了降低成本及利于大规模生产，人们期望平板显示器件能够在集成电路装置的电压水平，即从几伏到100伏的范围内操作。1995年美国的O.Auciello等人实验发现(Applied PhysicsLetters，66卷，17期，1995，2183-2185页)80-110μm厚度的PLZT(锆钛酸铅镧)铁电薄膜在100-400V脉冲电压下，可得到电流密度为0.5-1.5mA/cm2的电子发射；0.8μm厚度的PZT(锆钛酸铅)铁电薄膜在10-40V脉冲电压下，可得到电流密度为0.07-0.15μA/cm2的电子发射。2000年美国的F.Liu和C.B.Fleddermann实验发现(Applied Physics Letters，76卷，12期，2000，1618-1620)0.8μm厚度的PNZT(锆钛酸铅铌)铁电薄膜在22V脉冲电压下，可得到电流密度为10μA/cm2的电子发射。这些发现使得铁电薄膜应用于平板显示器件成为可能。虽然已有文献(美国专利No.5,453,661，颁布于1995年和美国专利No.5,508,590，颁布于1996)提出采用铁电材料电子发射实现平板显示，但仅给出了发光阵列结构，如何实现像素寻址和灰度显示尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提出一种铁电平板显示器件的驱动方法，该方法能够实现铁电平板显示器的寻址操作和灰度显示。
本发明的技术方案是这样实现的将一场输入图像至少分为两个子场进行显示，每个子场包括一个寻址期和一个显示期；在寻址期按逐行寻址方式进行寻址，寻址完一行就显示一行，是一种边寻址边显示的工作方式。寻址一行时，对该行要发光的单元施加寻址电压(反向极化电压)，此时扫描电极Y电极上电压高于寻址电极X电极上电压，使得要发光的单元中铁电薄膜进行反向极化，利用铁电薄膜的记忆功能实现显示单元的寻址；一行寻址完后，立即施加正向极化电压进入显示期，同时对下一行施加反向极化电压进行寻址，在显示期中，被寻址的单元即反向极化的单元在施加正向极化电压后发射出电子束，经ITO阳极电压加速后轰击荧光粉发光。
在每一个子场的寻址期，通过施加大小不同的寻址电压即反向极化电压，使每个子场中被寻址单元的铁电薄膜形成不同强度的反向极化，随后在显示期正向极化电压作用下发射出不同电流强度的电子束，从而轰击荧光粉发出不同强度的可见光，将各个子场按发光强度比例进行组合，可实现高灰度等级的图像显示。
在寻址期中，当扫描电极Y电极上电压高于寻址电极X电极上电压时，对显示单元中铁电薄膜进行反向极化；显示期中，当扫描电极Y电极上电压低于寻址电极X电极上电压时，对显示单元中铁电薄膜进行正向极化。
在显示期中，当扫描电极Y电极上电压低于寻址电极X电极上电压时，对显示单元中铁电薄膜进行正向极化被寻址的单元即反向极化的单元在施加正向极化电压后发射出电子束。
在显示期，所有显示单元施加的正向极化电压相同，使得在寻址期被寻址过的单元发射电子激发荧光粉发光，未寻址的单元则不发光。
寻址电极和扫描电极上所使用到的驱动电压在10V到100V之间。
ITO阳极始终施加一高电压偏置，偏置电压范围在300V到3000V之间。
本发明提出的铁电平板显示器件的驱动方法，能够实现铁电平板显示器的快速寻址操作以及高灰度等级的图像显示。
图1是本发明铁电平板显示器显示单元中铁电薄膜电子发射原理图；图2是本发明铁电平板显示器电极结构图；图3是本发明提出的铁电平板显示器子场驱动方法原理图；图4是本发明提出的子场驱动方法驱动波形实施例之一；图5是本发明提出的子场驱动方法驱动波形实施例之二；图6是本发明提出的子场驱动方法驱动波形实施例之三；图7是本发明提出的子场驱动方法驱动波形实施例之四。
具体实施例方式
附图为本发明的具体实施例。
下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。
参照图1所示，是铁电平板显示器显示单元中铁电薄膜电子发射原理。寻址前，显示单元铁电薄膜150的极化方向向下。寻址时根据显示数据，如果显示单元需要发光，则在寻址电极140和扫描电极160之间施加寻址电压，使得铁电薄膜150极化方向反转；如果不需要发光，则不施加寻址电压，极化方向不变。显示时，施加正向极化电压使得寻址后的铁电薄膜150极化方向再次反转，铁电薄膜150上方会在寻址栅格电极140的孔隙中弹出电子，在ITO阳极电压的作用下电子被加速，轰击荧光粉发光。对于不需要发光的显示单元，因为极化方向一直没有变化，所以不会有电子弹出，也就不会发光。
参照图2所示，是本发明所针对的铁电平板显示器电极结构图。扫描电极160和寻址电极140交点处200为一个显示单元。非交叉点210处为非发光区域。3个相邻的显示单元220分别涂敷红、绿、蓝荧光粉构成一个像素。显示屏前玻璃基板上制作有条形ITO阳极110，所有条形ITO阳极全部连接在一起。
参照图3所示，本发明提供的驱动方法将一场输入图像至少分为两个子场，例如，N个子场(SF1，SF2，...SFN)，每个子场包括一个寻址期和一个显示期，按照边寻址边显示的方式进行操作。寻址期中对显示屏进行逐行寻址，对要发光的单元施加反向极化电压，使得要发光的单元中铁电薄膜发生反向极化，寻址期结束后立即施加正向极化电压进入显示期，同时对相邻下一行施加反向极化电压进行寻址。进入到显示期后，施加正向极化电压，该电压与寻址期电压方向相反，被寻址单元中铁电薄膜极化方向再次反转，发射出电子束激发荧光粉发光，而未寻址的单元则不发光。每个子场在显示期发光强度成一比例，例如对于8子场，设计每个子场发光比例为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，则8个子场可以实现256个灰度等级显示。
参照图4所示，是一种本发明提供的铁电平板显示器件子场驱动方法的驱动电压波形。...，Xi，Xi+1，Xi+2，...为寻址电极140，...，Yj，Yj+1，Yj+2，...为扫描电极160。对于每一行的寻址期，在Y电极160上施加一寻址电压，例如，第一子场寻址期在Y电极160上施加电压Vp1，(相应的在其他子场寻址期分别施加Vp2，Vp3，...VpN，Vp1＜Vp2＜Vp3...＜VpN)，未寻址的行施加电压Vp0；同时在每一行寻址期，对此行中要发光的单元X电极140施加寻址电压Va1，不发光的单元施加电压Va0(Va1＜Va0)，则被寻址的单元中铁电薄膜上极化方向与未寻址单元相反。所有行寻址结束后，X电极140施加电压Va0。在每一行寻址期结束后，立即施加正向极化电压Vp0进入显示期，同时下一行进入到寻址期。在每个子场的寻址期，加在Y电极160上的寻址电压不同，被寻址的单元形成不同程度的极化，在显示期被寻址单元中铁电薄膜发射出的电流不同，产生不同强度的可见光。每个子场的发光强度形成一定的比例关系，例如对于8子场，发光强度形成比例为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，则可以实现256等级灰度显示。图4中各个驱动电压之间的关系为VP0＜Va1＜Va0＜Vp1＜Vp2＜Vp3...＜VpN。
参照图5所示，为另一种实现本发明提出的铁电平板显示器子场驱动方法的驱动电压波形。图5所示驱动波形与图4所示驱动波形的寻址方式、显示方式和实现灰度显示方式完全相同。不同之处在于在不同子场寻址期，施加在X电极140上的寻址电压是不同的，分别为Va1，Va2，Va3...VaN。在每个子场的寻址期，X电极140、Y电极160上施加电压都不同，在显示单元铁电薄膜上形成的反向极化电压不同，从而在不同子场显示期产生不同强度发光。每个子场的发光强度形成一定的比例关系，例如对于8子场，发光强度形成比例为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，则可以实现256等级灰度显示。图5中各个驱动电压之间的关系为VP0＜VaN...＜Va2＜Va1＜Va0＜Vp1＜Vp2＜Vp3...＜VpN。
参照图6所示，为一种本发明提出的铁电平板显示器子场驱动方法的驱动电压波形。图6所示驱动波形与图4所示驱动波形的寻址方式、显示方式和实现灰度显示方式完全相同。不同之处在于在不同子场寻址期，施加在Y电极160上的电压相同，寻址某一行时，施加电压Vp1，寻址结束后施加电压Vp0，不寻址的行施加电压Vp0。在不同子场寻址期，施加在X电极140上的寻址电压是不同的，分别为Va1，Va2，Va3...VaN。在每个子场的寻址期，X电极140上施加电压都不同，在显示单元铁电薄膜中形成的反向极化电压不同，从而产生不同强度可见光。每个子场的发光强度形成一定的比例关系，例如对于8子场，发光强度形成比例为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，则可以实现256等级灰度显示。图6中各个驱动电压之间的关系为VP0＜VaN...＜Va2＜Va1＜Va0＜Vp1。
参照图7所示，为另一种实现本发明提出的铁电平板显示器子场驱动方法的驱动电压波形。与图4所示驱动波形相比，施加到寻址电极140驱动波形相同，不同之处在于扫描电极160上的驱动波形在寻址期电压Vp1，Vp2，Vp3，...VpN和显示期电压Vp0之间增加一个中间态电压Vd(Vd一般可设为零电压)，当Y电极160施加电压Vd时，显示单元既不在寻址状态，也不在显示状态；当一行寻址结束后施加电压Vd，所有行寻址结束后同时施加电压Vp0进入到显示期发光，显示期结束后所有行施加电压Vd，等待下一个子场寻址期的到来。在每个子场的寻址期，加在Y电极160上的寻址电压不同，被寻址的单元形成不同程度的极化，在显示期被寻址单元铁电薄膜发射出的电流强度不同，产生不同强度的可见光。每个子场的发光强度形成一定的比例关系，例如对于8子场，发光强度形成比例为1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，则可以实现256等级灰度显示。
本发明提供的驱动方法能够实现铁电平板显示器的快速寻址和灰度显示。每个显示单元都由正交的扫描电极(Y电极)160、寻址电极(X电极)140和ITO阳极110组成。当扫描电极160上电压高于寻址电极140电压时(反向极化电压)，显示单元中铁电薄膜150进行反向极化，当扫描电极160上电压低于寻址电极140电压时(正向极化电压)，显示单元中铁电薄膜150进行正向极化。本发明提出的驱动方法将一场输入图像分为几个子场进行显示。每个子场包括一个寻址期和一个显示期，在寻址期按逐行寻址方式进行寻址，寻址完一行就显示一行，是一种边寻址边显示的工作方式。寻址到某一行时，对该行要发光的单元施加寻址电压(反向极化电压)，使得要发光的单元中铁电薄膜150进行反向极化，利用铁电薄膜150的记忆功能实现显示单元的寻址；一行寻址完后，立即施加正向极化电压进入显示期，同时对下一行施加反向极化电压进行寻址。在显示期中，利用铁电薄膜150的记忆功能及极化转向电子发射机理，被寻址的单元(反向极化的单元)在施加正向极化电压后发射出电子束，而未寻址的单元则不发射电子束。ITO阳极110始终施加一高电压偏置，从显示单元中发射出电子束经ITO阳极110电压加速后轰击荧光粉发光。
在每一个子场的寻址期，通过施加不同的寻址电压(反向极化电压)，使每个子场中被寻址单元的铁电薄膜形成不同强度的反向极化，随后在显示期正向极化电压作用下发射出不同电流强度的电子束，从而轰击荧光粉发出不同强度的可见光。将各个子场的发光强度按一定比例进行组合，可在实现高灰度等级的图像显示，例如，对于N个子场，若各个子场的放光强度按二进制编码则可以实现2N个灰度等级。
权利要求
1.一种铁电平板显示器的驱动方法，其特征在于将一场输入图像至少分为两个子场进行显示，每个子场包括一个寻址期和一个显示期；在寻址期按逐行寻址方式进行寻址，寻址完一行就显示一行，寻址一行时，对该行要发光的单元施加寻址电压即反向极化电压，使得要发光的单元中铁电薄膜进行反向极化，利用铁电薄膜的记忆功能实现显示单元的寻址；一行寻址完后，立即施加正向极化电压进入显示期，同时对下一行施加反向极化电压进行寻址，在显示期中，被寻址的单元即反向极化的单元在施加正向极化电压后发射出电子束，经ITO阳极电压加速后轰击荧光粉发光；在每一个子场的寻址期，通过施加大小不同的寻址电压即反向极化电压，使每个子场中被寻址单元的铁电薄膜形成不同强度的反向极化，随后在显示期正向极化电压作用下发射出不同电流强度的电子束，从而轰击荧光粉发出不同强度的可见光，将各个子场按发光强度比例进行组合，可实现高灰度等级的图像显示。
2.根据权利要求1所述的铁电平板显示器的驱动方法，其特征在于，寻址期中，当扫描电极Y电极上电压高于寻址电极X电极上电压时，对显示单元中铁电薄膜进行反向极化。
3.根据权利要求1所述的铁电平板显示器的驱动方法，其特征在于，在显示期中，当扫描电极Y电极上电压低于寻址电极X电极上电压时，对显示单元中铁电薄膜进行正向极化被寻址的单元即反向极化的单元在施加正向极化电压后发射出电子束。
4.根据权利要求1所述的铁电平板显示器驱动方法，其特征在于，在显示期，所有显示单元施加的正向极化电压相同，使得在寻址期被寻址过的单元发射电子激发荧光粉发光，未寻址的单元则不发光。
5.根据权利要求1所述的铁电平板显示器驱动方法，其特征在于，寻址电极和扫描电极上所使用到的驱动电压在10V到100V之间。
6.根据权利要求1所述的铁电平板显示器驱动方法，其特征在于，ITO阳极始终施加一高电压偏置，偏置电压在300V-3000V之间。
全文摘要
本发明公开了一种铁电平板显示器的驱动方法，该方法将一场图像在时间上划分为几个子场，每个子场包括一个寻址期和一个显示期，按照边寻址边显示的方式进行操作。在每个子场中，被寻址的单元进行反向极化，未被寻址的单元极化方向保持不变；寻址完一行后，对该行所有单元施加正向极化电压进入到显示期，同时对下一行施加寻址电压(反向极化电压)进入寻址期。各个子场的寻址期施加不同的寻址电压，使得被寻址的单元形成不同强度的反向极化，在显示期发射出不同电流强度的电子束，经过ITO阳极加速后激发荧光粉产生不同强度的可见光，未被寻址的单元则不发光。将各个子场显示期的发光强度按一定比例进行组合，可实现高灰度等级的图像显示。
文档编号G09G3/20GK1674063SQ20051004198
公开日2005年9月28日 申请日期2005年4月21日 优先权日2005年4月21日
发明者刘纯亮, 刘祖军, 李永东, 梁志虎, 宋志棠 申请人:西安交通大学